CN116018456A - 动力风筝和系绳系统 - Google Patents

Abstract

一种动力风筝和系绳系统，该系绳系统适于将该动力风筝连接到控制箱，该动力风筝具有前缘和后缘。该系绳系统包括多根动力绳索和至少两根转向绳索，转向绳索连接到包括动力风筝翼尖的区域，使得动力风筝的转向角能够通过平衡转向绳索来控制，其中多根动力绳索包括连接到动力风筝的前区域的前绳索，并且包括连接到动力风筝的后区域的后绳索，该前区域包括前缘的中心部分，该后区域包括后缘的中心部分，使得动力风筝的迎角能够通过平衡前绳索和后绳索来控制。

Description

动力风筝和系绳系统

技术领域

本发明涉及一种动力风筝和系绳系统以及一种用于控制动力风筝和系绳系统的方法。此外，本发明涉及一种用于空中风能系统的受风构件。本发明还涉及一种风能采集系统。

背景技术

动力风筝是一种设计用来向使用者提供巨大拉力的风筝。动力风筝经常被使用，并且因风筝冲浪运动、风筝越野摩托车运动、风筝滑板运动、风筝划船运动、雪地风筝运动和其他体育活动而最为人们所熟知。动力风筝是一种可以通过使风筝转向来控制飞行轨迹的风筝。风筝具有前缘，该前缘是当风筝沿着其飞行轨迹飞行时引导运动的边缘。有多种类型的动力风筝。两种最常见的类型是伞翼动力风筝(foil power kite)和前缘可充气动力风筝。还有其他不太常见的动力风筝，包括刚性框架动力风筝和柔性单层蒙皮动力风筝。

伞翼风筝有双层蒙皮，其间有许多小隔间。正是这些小隔间的轮廓赋予了风筝在空中的形状，并使其能够产生升力。每个小隔间可以在前部设有开口，这意味着在飞行过程中会迫使空气进入小隔间，从而赋予风筝硬度并使其能够保持其轮廓。替代地，小隔间可以是封闭的，其中单向阀将空气锁定在小隔间内，从而提供一些更高的水面再起飞能力。

前缘可充气动力风筝具有单层蒙皮，该蒙皮具有由充气管状前缘和可选地一个或多个充气支柱形成的加强结构。使用者在起飞风筝之前用打气筒给前缘和可选地给支柱充气。通过给前缘和可选地给支柱充气，可以赋予动力风筝形状。

动力风筝具有或连接到用于控制转向角和使风筝泄风的系绳系统。此外，系绳系统还可以将作用在动力风筝上的力分布在其表面上。对风筝冲浪运动中使用的传统系绳系统进行了说明，以阐明如何操纵该系绳系统来控制动力风筝的转向角和迎角。传统的系绳系统有两根动力绳索和两根转向绳索。动力绳索将风筝的前端中心连接到风筝使用者的系带上，并将风筝的大部分拉力传递到系带上。风筝使用者和动力风筝上的动力绳索连接点之间的距离是固定的，并根据动力绳索的长度预先确定。转向绳索将风筝的翼尖连接到控制杆。通过倾斜控制杆，以平衡的方式拉动和释放转向绳索，从而允许操纵风筝的转向角。通过将两根转向绳索拉向系带以及将两根转向绳索推离系带，就可以操纵风筝的迎角。由于风筝的形状(通常是C形或弓形)，翼尖位于风筝前端的后面。通过将两根转向绳索拉向系带以及将两根转向绳索推离系带，相对于动力绳索距离来调整和改变风筝使用者与动力风筝处的转向绳索连接点之间的距离，以使风筝倾斜。由于采用了具有传统动力风筝的传统系绳系统，动力风筝的转向角和迎角都可以经由转向绳索来操纵。

动力风筝和系绳系统还用于风能采集系统。在这些系统中，动力风筝的一般概念仍然类似于风筝冲浪动力风筝。然而，风能采集系统中的动力风筝与冲浪动力风筝相比可能要大得多。在这些绳索上传递的力可能会大得多。

发明内容

本发明的一个目的是改进动力风筝和系绳系统的风筝控制。

为此，本发明提供了一种动力风筝和系绳系统，该系绳系统适于将该动力风筝连接到控制箱，该动力风筝具有前缘和后缘，该系绳系统包括多根动力绳索和至少两根转向绳索，转向绳索连接到包括动力风筝翼尖的区域，使得动力风筝的转向角能够通过平衡转向绳索来控制，其中多根动力绳索包括连接到动力风筝的后区域的后绳索，该后区域包括后缘的中心部分，使得动力风筝的迎角能够通过拉动和释放后绳索来控制。

本发明所基于的见解是，经由转向绳索控制动力风筝的转向角和迎角是次优的。利用动力风筝上的不同转向绳索连接点进行了多次试验。为了实现精确的转向控制，转向绳索优选地尽可能远离风筝的中心连接，即连接在翼尖处。当平衡转向绳索以控制风筝的转向角时，向风筝形状施加了扭力。从风筝控制的角度来看，当尽可能远离风筝的中心向风筝施加扭力时，这种扭力是最有效的。

通过同时释放或拉动转向绳索，动力绳索和转向绳索之间平衡的改变改变了迎角。从风筝控制的角度来看，这个迎角在风筝的中心是最有效的。由于动力绳索通常连接到动力风筝的中心前端，为了实现精确的迎角控制，转向绳索优选地更靠近风筝的中心连接，即连接在距翼尖一段距离处。

上述观察导致了次优控制和要做出的选择。当转向绳索更靠近风筝的中心连接时，迎角的控制和有效性更优，但是转向变得较不精确。当转向绳索更靠近风筝的翼尖连接时，转向控制更优，但是迎角变得较不有效。

通过提供后绳索来作为动力绳索的一部分，本发明解决了这些问题。通过拉动和释放后绳索，可以直接在风筝的中心控制动力风筝的迎角。这实现了精确的迎角控制。此外，直接在风筝的中心改变迎角是非常有效的。而且，转向绳索可以尽可能远离中心连接，即连接在风筝的翼尖处，以实现精确的转向角控制。总的来说，可以以最佳和高效的方式来控制迎角，同时还可以精确地控制转向角。在这种情况下，应当注意的是，尤其在阵风中，能够以快速和精确的方式控制迎角以保持动力风筝的总拉力尽可能恒定是有利的。这对能量采集效率产生了影响，使得风能采集系统的整体效率提高了。

优选地，多根动力绳索包括连接到动力风筝的前区域的前绳索，该前区域包括前缘的中心部分，使得动力风筝的迎角能够通过平衡前绳索和后绳索来控制。

这导致了额外的优势，尤其是在风能系统的情况下。在风能系统中，转向角和迎角由马达控制。传统上，作用在两根转向绳索上的力相互平衡，这意味着当采用单个转向马达来平衡转向绳索时，该转向马达应该只传递引起或校正平衡“变化”的动力。转向马达不需要传递任何很大的动力来“保持”平衡，因为力会相互抵消。另一方面，传统上，同时作用在两根转向绳索上的力由迎角马达控制，该迎角马达同时拉动和释放转向绳索。传统设置中的这种迎角马达需要施加很大的恒定力来将迎角“保持”在固定位置。与转向马达不同，迎角马达在传统设置中应该不断地提供很大的动力来“保持”和“改变”迎角。

当多根动力绳索包括后绳索和前绳索时，前绳索上的力会至少部分地抵消前绳索上的力。可以通过释放前绳索并同时拉动后绳索(反之亦然)来控制迎角。因为后绳索上的力和前绳索上的力至少部分地平衡，所以它们在迎角马达处至少部分地相互抵消。直接的结果是，迎角马达不应传递任何很大的动力或者至少小得多的动力来“保持”平衡和迎角。这简化了安全机构，并降低了迎角马达的要求。此外，减少了操作该系统所需的能量，使得能量采集系统的总盈利或收益提高了。总的来说，本发明的动力风筝和系绳系统的风筝控制得到了改进。

优选地，多根动力绳索还包括连接到风筝的中心区域的至少一根中心动力绳索，该中心区域位于前区域和后区域之间。通过提供中心动力绳索，创建了一个支点，这改善了风筝控制。之所以会实现该支点，是因为平衡前绳索和后绳索会使得风筝围绕中心动力绳索的连接点旋转。换句话说，前绳索和后绳索的作用就像一个杠杆，而中心动力绳索则形成了旋转点。另一个优点是中心动力绳索可以承载由动力风筝产生的大部分动力。该大部分动力是从前绳索、后绳索和转向绳索释放的。该大部分动力可以绕过控制箱，并且可以直接传递到能量采集系统中的绞盘系统。因为动力是从前绳索、后绳索和转向绳索释放的，所以作用在控制箱上的力可以更小且控制箱可以更简单、更便宜。在一个没有前绳索的实施例中，其中只设置了后绳索，可以拉动和释放该后绳索来控制迎角，并且中心动力绳索可以位于风筝的前区域和中心区域中。这种中心动力绳索可以至少部分地充当动力风筝系绳系统中已知的传统动力绳索。然而，因为本发明提供了可以释放和拉动的后绳索，所以中心动力绳索会形成风筝迎角旋转的旋转点或支点。

优选地，风筝是具有加强结构的单层蒙皮风筝。更优选地，加强结构包括可充气前缘和可选地包括在前缘和后缘之间延伸的至少一个可充气支柱。可以采用诸如复合杆之类的刚性元件来加强可充气支柱。与其他动力风筝相比，单层蒙皮风筝更便宜，因此更加适合用于能量采集系统。单层蒙皮风筝易于生产，并且可以折叠成紧凑的包装以进行储存和运输。在起飞动力风筝之前，将加固结构安置到位，以赋予风筝可操作的形状。已经证明设置在前缘中以及可选地设置在一个或多个支柱中的可充气管是可靠的、耐用的且易于使用。这些可充气管使单层蒙皮动力风筝具有良好的飞行特性，并允许利用系绳系统进行可预测的控制，从而可以通过控制动力风筝的转向角和迎角来预先确定和实现飞行轨迹。可充气加强结构的附加优点是：易于包装，在不对称的负载条件下具有稳定性，在起飞和着陆以及阵风期间尤其适用，并且更能扛得住硬着陆。

优选地，该系绳系统包括转向绳索和后绳索之间的连接件，使得拉动和释放后绳索会导致转向绳索同时被拉动和释放。进一步优选地，该连接件经由滑轮来实现。作为替代，可以采用杠杆来代替滑轮或与滑轮相结合。通过在转向绳索和后绳索之间设置连接件，允许与后绳索同时地拉动和释放转向绳索。在这种构造中，不应该在转向绳索处设置额外的控制机构来使转向绳索的长度与设定的迎角相匹配。如上所述，在传统的系绳系统中，为了控制迎角，通过同时拉动和释放两根转向绳索并同时保持动力绳索固定来在动力绳索和转向绳索之间取得平衡。在本发明中，通过平衡后绳索和前绳索来控制迎角。以这种方式控制的迎角主要结合在风筝的中心部分中，并且以类似的方式对准或控制翼尖也是有利的。当控制整个风筝的迎角(包括通过后绳索和前绳索来控制中心的迎角以及通过拉动和释放转向绳索来控制翼尖的迎角)时，飞行效率和风筝控制得到了改善。后绳索和转向绳索之间的连接(可选地，经由滑轮)确保了对中心和翼尖的迎角的这种组合控制。这可以通过仅作用于后绳索来实现，以便可以省略任何其他的机构，例如同时拉动和释放转向绳索的马达。

优选地，多根动力绳索中的至少一根动力绳索包括在不同位置处连接到动力风筝的多条分支，用于横向分散由系绳系统引入到动力风筝的力。通过在动力风筝处设置连接系绳系统的多个连接点，可以显著减少单个连接点上的平均力。这简化了生产并提高了动力风筝和系绳系统的耐用性。此外，因为力被分散在动力风筝的表面区域上，所以可以简化动力风筝的加强结构。

本发明还涉及一种用于空中风能系统的受风构件，该受风构件包括连接到根据本发明的动力风筝和系绳系统的控制箱。控制箱用在空中风能系统中来控制风筝。控制风筝意味着在预定的飞行轨迹中放飞风筝，从而旨在最大化或优化由动力风筝产生的动力。通过控制风筝的迎角来进一步控制该动力。对迎角进行调整，以补偿阵风。此外，对迎角进行控制，以改善或促进转向机动。

优选地，控制箱包括至少一个转向马达，该至少一个转向马达用于拉动和释放转向绳索来控制动力风筝的转向角，并且包括至少一个迎角马达，该至少一个迎角马达用于拉动和释放前后绳索来控制动力风筝的迎角。在这种控制箱中，可以独立控制转向角和迎角。迎角马达可以设置有制动器，以在未被致动时减少能量消耗。

优选地，控制箱包括转向轴，该转向轴包括用于转向绳索的绳盘，并且该用于转向绳索的绳盘以使得该转向轴在一个方向上的旋转会导致转向绳索中的一根转向绳索被释放并且转向绳索中的另一根转向绳索被同时拉动的方式连接到系绳系统，从而获得转向绳索的平衡，该转向轴由转向马达驱动。设置了绳盘，并且其中一根转向绳索沿着顺时针方向缠绕在该绳盘上，而另一根转向绳索沿着逆时针方向缠绕在该绳盘上。直接结果是，绳盘的旋转会同时导致其中一根转向绳索被释放并且另一根转向绳索被拉动。以这种方式，可以容易地实现转向绳索的平衡。此外，作用在其中一根转向绳索上的平均力与作用在另一根转向绳索上的平均力相同，使得绳盘平均而言没有受到扭力的影响。这允许采用更简单的马达来控制转向马达。可以采用齿形带、链条、链环或杠杆来作为绳盘的替代或者与绳盘相结合。

优选地，控制箱包括迎角轴，该迎角轴包括用于前绳索和后绳索的绳盘，并且该用于前绳索和后绳索的绳盘以使得迎角轴在一个方向上的旋转会导致前绳索被释放并且后绳索被同时拉动的方式连接到系绳系统，从而获得前绳索和后绳索的平衡，该迎角轴由迎角马达驱动。设置了绳盘，并且前绳索和后绳索中的一根绳索沿着顺时针方向缠绕在该绳盘上，而前绳索和后绳索中的另一根绳索沿着逆时针方向缠绕在该绳盘上。直接的结果是，绳盘的旋转会同时导致前绳索和后绳索中的一根绳索被释放并且前绳索和后绳索中的另一根绳索被拉动。以这种方式，可以容易地实现前绳索和后绳索的平衡。此外，作用在前绳索上的力至少部分地补偿了作用在后绳索上的力，使得绳盘平均而言受到较少扭力的影响。这允许采用更简单的马达来控制迎角。在这种情况下，应当注意的是，用于后绳索的绳盘可以具有与用于前绳索的绳盘不同的直径。以这种方式，可以选择拉动和释放前绳索和后绳索之间的比率。可以选择该比率来平衡作用在马达上的力或平衡风筝的运动或两者兼具。

本发明还涉及一种风能采集系统，包括具有绞盘系统的地面站，该系统还包括本发明的受风构件。由于采用了绞盘系统，动力风筝可以在循环过程中使用来产生能量。该循环过程包括两个步骤。第一个步骤是利用动力风筝的动力来向外拉动绞盘。在该步骤中，使动力风筝在飞行轨迹中飞行，目的是最大化或优化由风筝产生的拉力。在第一个步骤中，将发电机连接到绞盘以产生能量。第二个步骤是利用连接到绞盘的马达来向内拉动绞盘。在该步骤中，放飞动力风筝，以最小化由风筝产生的拉力。在这两个步骤中，优选地具有最优的风筝控制，这意味着能够精确地控制转向角和迎角。通过采用本发明的动力风筝和系绳系统，这被证明是更优的和更精确的。

本发明还涉及一种用于控制动力风筝的方法，该动力风筝具有前缘和后缘，该动力风筝经由包括多根动力绳索和至少两根转向绳索的系绳系统连接，这些转向绳索连接到包括动力风筝翼尖的区域，其中多根动力绳索包括连接到动力风筝的前区域的前绳索，并且包括连接到动力风筝的后区域的后绳索，该前区域包括前缘的中心部分，该后区域包括后缘的中心部分，该方法包括：

-通过平衡转向绳索来控制动力风筝的转向角；以及

-通过平衡前后绳索来控制动力风筝的迎角。

在传统的动力风筝和系绳系统中，迎角是通过同时回拉和释放转向绳索来控制的。如上所述，尤其当由动力风筝产生的动力增加时，这有一些缺点。已经证明，通过平衡前绳索和后绳索来控制动力风筝的迎角可以增强对风筝的控制。此外，控制迎角的效果更直接，从而提高了动力风筝的控制精确度。

优选地，控制动力风筝的迎角的步骤还包括在拉动和释放后绳索时同时拉动和释放转向绳索。通过在拉动和释放后绳索时，同时拉动和释放转向绳索，可以将迎角施加到动力风筝的整个宽度上。前绳索和后绳索将迎角直接施加到动力风筝的中心部分。转向绳索将迎角施加到动力风筝的侧面部分。

附图说明

现在将参照示出了本发明的一些优选实施例的附图来更详细地描述本发明。在这些附图中：

图1示出了具有动力风筝的风能采集系统；

图2示出了根据本发明的一个实施例的受风构件的示意性前视图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的动力风筝和系绳系统的俯视图；以及

图4示出了根据本发明的一个实施例的动力风筝和系绳系统的横截面。

在附图中，相同的附图标记分配给了相同或类似的元件。

具体实施方式

图1示出了包括地面站18的风能采集系统。地面站包括连接到发电机20的绞盘19。绞盘系统19经由缆绳17和系绳系统2连接到动力风筝1。在缆绳17和系绳系统2之间安置有一个控制箱3。替代地，控制箱3连接到系绳系统的第一绳索，而缆绳连接到系绳系统的其他绳索，使得在技术上控制箱3未设置在系绳系统2和缆绳17之间。在任何情况下，控制箱连接到系绳系统2以控制动力风筝1，并且缆绳17连接到系绳系统2以吸收由动力风筝1产生的动力。动力风筝1的控制包括调整动力风筝1的转向角以及迎角。

在风能采集系统中，控制箱设置在距风筝预定距离处。该控制箱主要设置用于通过操纵转向绳索来控制风筝的转向角。风筝和控制箱的组合通常称为受风构件。该受风构件通常经由绞盘系统连接到地面站。在这种连接中，风筝的动力绳索可以直接连接到绞盘系统，或者可以经由控制箱连接。

如上所述，利用风能采集系统，可以产生电能。动力风筝1可以用在具有两个步骤的循环过程中。第一个步骤是利用动力风筝1的动力来放卷绞盘19。在该步骤中，动力风筝1由控制箱3控制，以最大化或优化由动力风筝产生的拉力。缆绳17吸收由动力风筝1产生的动力，并且因此从绞盘19放卷。这使得绞盘19接收到动力而发生旋转，该旋转可以至少部分地被发电机20抵消。换句话说，动力风筝1产生在绞盘19处引起旋转力的力。绞盘19的该旋转力用于利用发电机20发电。

第二个步骤是利用连接到绞盘的马达将缆绳17卷到绞盘上。马达可以是发电机20，其接收动力来使绞盘旋转。采用电动马达作为马达和发电机的原理是已知的概念，因此不再对其进行进一步的描述。为此目的，马达可以替代地单独设置在地面站18中(未示出)。在该第二个步骤中，动力风筝1由控制箱3控制以最小化所产生的动力。

图中所示的动力风筝1是具有由可充气前缘和多个充气支柱形成的加强结构的单层蒙皮动力风筝。优选地采用刚性元件(例如玻璃纤维杆)来加固充气支柱。应当注意的是，这是一个优选实施例，并且还可以采用其他类型的动力风筝。动力风筝是一种可以通过使风筝转向来控制飞行轨迹的风筝。通过控制飞行轨迹，可以调节动力风筝1的速度以及动力风筝1相对于风向的位置，这允许控制由动力风筝1产生的动力。可以通过测量施加到缆绳17上的力来测量由动力风筝1产生的动力，该力可以用牛顿表示。

动力风筝1具有前缘8，该前缘是当风筝沿着其飞行轨迹飞行时引导运动的边缘。换句话说，当放飞动力风筝1时，前缘8由动力风筝1的最前缘形成，该最前缘是首先遇到迎面而来的空气的部分。换句话说，前缘8形成动力风筝1的前端。动力风筝1包括与前缘8相对的后缘9。后缘9形成动力风筝1的后端。包括前缘8和后缘9的动力风筝1优选地相对于对称平面对称。动力风筝1示出了在对称平面的两端处的两个翼尖10。翼尖10被定义为动力风筝1的离对称平面最远的部分。可选地，动力风筝1是不对称的，这例如在优选的飞行轨迹不对称时可能是有利的。动力风筝优选地形成为单层蒙皮风筝，其蒙皮限定了风筝的尺寸。为了使该蒙皮形成其所需的三维形式或形状，采用了加强元件。加强元件优选地包括前缘和一个或多个支柱。

在所示的示例中形成为支柱的多个加强结构设置在前缘8和后缘之间。在附图中，支柱用附图标记11表示。前缘8还包括加强结构，在所示的示例中是可充气前缘。加强结构的主要功能是在使用动力风筝1时，将动力风筝的形状保持在预定的边界内。加强结构允许一定的柔性或形状变化，这对于应对阵风以及允许动力风筝1转向是优选的。动力风筝1通常在很大程度上是对称的。这意味着形成动力风筝的翼的形状相对于中心平面是镜像的。应当注意的是，如果将传感器或连接件或维护相关元件设置在风筝上，这些元件不必对称布置。尤其是，决定了风与风筝相互作用的方式的风筝形状是对称的。应当注意的是，通过作用在转向绳索上，风筝会因其柔性而呈现不对称的形状，从而使风筝在空中转向。在风筝的中间状态下，当没有显著的外力作用在风筝上时，风筝是对称的。

加强元件优选地是可充气元件。通过对可充气元件进行充气，可充气元件会变得刚硬。风筝的该刚硬性足以在放飞风筝时保持风筝的形状。当操纵转向绳索时，该刚硬性也足以允许一定程度的变形，使得风筝可以在空中转向。

系绳系统2将动力风筝连接到控制箱3，并且直接或间接地连接到缆绳17。该系绳系统包括多根绳索，其中一些绳索可以有分支，以在动力风筝1的表面区域上分散放飞动力风筝1所产生的力。系绳系统的每个绳端或分支端在风筝连接点处连接到动力风筝。这种连接可以是可释放的，或者可以是固定的。通过提供更多的风筝连接点和相应的绳索或分支，使得力被更密集地分散，因此允许削弱加强结构，然而这也增加了复杂性以及动力风筝1的拖累。通过设置较少的风筝连接点和相应的绳索或分支，可以降低动力风筝1的成本和拖累，但是也提高了对加强结构的要求。技术人员基于动力风筝1的尺寸来寻求最优配置。

图2示出了根据本发明的一个优选实施例的动力风筝1和系绳系统2的前视图。图2示出了带有转向马达12和迎角马达13的控制箱3。转向马达12和迎角马达13都连接到绳索控制元件。绳索控制元件优选地包括具有绳盘的轴，该轴连接到每个马达12、13，该绳盘适于充当绳索的小型绞盘。每个绳盘优选地设置为在第一旋转方向上缠绕第一绳索，并且在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上缠绕第二绳索。以这种方式，由第二绳索上的第二力产生的第二扭矩很大程度上抵消了由第一绳索的第一力产生的第一扭矩。替代地，绳索控制元件包括与由马达12、13驱动的轴兼容的齿形带或链条，并且该齿形带或链条可以连接到绳索。进一步替代地，绳索控制元件包括由马达12、13驱动(例如，枢转)的杠杆，使得绳索控制类似于风筝冲浪杆。其他示例表明，例如当绳索不是按照1:1的比率连接时，不能总是完全抵消扭矩。

在图2中，示出了两根转向绳索4A、4B。这些转向绳索连接到相应的滑轮15A、15B上。这些滑轮15A、15B连接到转向角马达12，使得转向角马达12可以间接拉动和释放转向绳索4A、4B。图2中所示的设定示出了转向角马达12的旋转会同时拉动其中一根转向绳索和释放另一根转向绳索。以这种方式，转向绳索4A、4B可以容易地由转向角马达12平衡，以控制动力风筝1的转向角。技术人员应当认识到的是，可以采用更多的滑轮或更少的滑轮来影响转向马达对动力风筝1拉动和释放绳索的比率和效果。

在图2中，示出了两根中心动力绳索5。这些中心动力绳索5可以将由动力风筝1产生的动力直接传递给缆绳17。替代地，这些中心动力绳索5将由动力风筝1产生的动力传递给控制箱3的框架。在放飞风筝的情况下，由动力风筝产生的动力是机械动力或拉力，而不是电力。只有通过将机械动力传递到地面站，在地面站的发电机才能将该机械动力转化为电力。很明显的是，图2仅仅是原理图，并且在实际情况下，中心动力绳索5可以有分支以连接到在动力风筝1的宽度上分散的多个位置。

图2示出了连接到迎角马达13的后绳索7。在图2中，选择示出了一个优选实施例中的后绳索7，其中后绳索7连接到转向绳索4A、4B。

在另一个实施例中，设置了前绳索7，其连接到迎角马达13以及后绳索，后绳索也连接到迎角马达13。与后绳索7相比，前绳索以与附接到迎角马达13的绳盘相反的方向缠绕。以这种方式，扭矩可以至少部分地相互抵消。下面参照图4描述了该实施例。

在图2的实施例中，后绳索7经由另一滑轮16间接地连接到迎角马达13。中间绳索在一端与控制箱3连接，绕过另一滑轮16并伸向迎角马达13。该中间绳索包括在另一滑轮16和迎角马达13之间的连接件14，以将转向绳索4A、4B连接到后绳索7。转向绳索4A、4B经由滑轮15A、15B以及经由另一滑轮16间接地连接到后绳索。当拉动后绳索时，连接件14同时使两根转向绳索4A、4B被拉动。此外，当释放后绳索时，连接件14同时使两根转向绳索4A、4B被释放。以这种方式，由迎角马达主要施加到后绳索7以及可选地也施加到前绳索6(图2中未示出)的迎角变化也对转向绳索4A、4B有影响，从而保持动力风筝1的最优形状和控制。技术人员应当认识到的是，可以采用更多的滑轮或更少的滑轮来影响迎角马达对动力风筝1的不同部分拉动和释放绳索的比率和效果。因此，本发明不限于所示的实施例，而是所示的实施例是仅作为一个示例来提供的，以说明实现本发明的一般原理的一种方式。

后绳索可以由延伸到后缘的不同分段的多根后绳索来实现。可以设置多个相应的迎角马达，其中每个马达连接到多根后绳索中的一根后绳索，以实现分段迎角控制。可以单独控制风筝的每个分段的迎角。这可能有利于进一步提高风筝控制的精度。图3示出了动力风筝1的俯视图。如上所述，动力风筝1连接到系绳系统2。为此，风筝连接点设置在动力风筝1的不同位置处。这些不同的位置在图3中示出为绘制在动力风筝1的表面上的区域。

图3示出了前缘8，该前缘8示出了确保翼尖10从自上而下的角度看位于动力风筝1的中心前端后面的曲线。图3示出了后缘，并且示出了多个支柱11A-11E，该多个支柱11A-11E形成了从前缘8向后缘9的方向延伸的加强结构。在一些实施例中，风筝连接点专门设置在加强结构处，在图3的示例中位于前缘8和支柱11处。在其他实施例中，风筝连接点附加地或专门地设置在风筝蒙皮上。

图3示出了用数字5表示的中心区域，在该处中心动力绳索连接到动力风筝1。中心区域位于距前缘8一定距离处并且距后缘9一定距离处。中心区域还位于距翼尖一定距离处。中心动力绳索5在中心区域中连接到动力风筝1，旨在吸收由动力风筝1产生的大部分动力。在放飞风筝的情况下，由动力风筝产生的动力是机械动力或拉力，而不是电力。

在中心区域5的前面，示出了前区域6。前区域6包括前缘8的中心部分。前绳索连接在前区域6中。优选地，前绳索是有分支的，使得前绳索在分散在前区域6上的不同风筝连接点处连接到动力风筝1。

在中心区域5的后面，示出了后区域7。后区域7示出为不包括动力风筝1的后缘9。在一个替代性实施例中，后区域包括后缘9。后绳索连接在后区域7中。优选地，后绳索是有分支的，使得后绳索在分散在后区域7上的不同风筝连接点处连接到动力风筝1。

在动力风筝1的两侧处，示出了两个转向区域4A、4B。这些转向区域4A、4B包括动力风筝1的翼尖10。转向绳索在位于转向区域4A、4B内的一个或多个风筝连接点处连接到动力风筝1。

中心区域5位于前区域6和后区域7之间，从而将前区域6与后区域7分开。中心区域5、前区域6和后区域7位于两个转向区域4A、4B之间。在附图中，中心区域5、前区域6和后区域7具有基本上相同的宽度。这只是一个实施例，并且这些区域的宽度可以不同。技术人员将理解的是，附图中所示的区域4、5和6仅仅是限制或包括一个或多个风筝连接点的至少一个集合的假想区域，系绳系统2的各根绳索连接到这些风筝连接点。因此，例如，可以总是将后区域7绘制成包括动力风筝1的后缘9。这并不意味着风筝连接点位于后缘9。同样的推理也适用于翼尖和转向区域4A、4B。此外，根据以上说明，可以在风筝的翼展宽度方向上对中心区域5、前区域6和后区域7进行分段，以便能够对多个分段进行单独控制。

图4示出了如何可以通过平衡前绳索6和后绳索7来改变迎角。该图示出了对称平面处风筝的简化截面。该图示出了前缘8，该前缘8包括用于前绳索6的风筝连接点。该图还示出了后缘9，该后缘9包括用于后绳索7的风筝连接点。鉴于以上说明，很明显的是，后绳索不应该连接在后缘9处，而是可以优选地连接在距后缘一定距离处。图4还示出了中心动力绳索5，该中心动力绳索5连接到位于前风筝连接点和后风筝连接点之间的风筝连接点23，前绳索6和后绳索7分别连接到前风筝连接点和后风筝连接点。

基于图4，技术人员应当理解的是，拉动前绳索6和相应地释放后绳索7(反之亦然)会改变迎角。该图阐明了迎角会相对于中心风筝连接点23变化，该中心风筝连接点23将作为迎角旋转的支点或旋转点。

前风筝连接点和中心连接点23之间的第一距离21不应与中心连接点23和后风筝连接点之间的第二距离22相同。可以通过在系绳系统2中设置一个或多个滑轮来补偿第一距离21和第二距离22之间的比率。替代地，可以通过设置具有不同直径的多个绳盘来补偿该比率。在图4中，在前绳索6中设置滑轮16，使得与相应的后绳索释放相比，前绳索的拉动以1比2的比率减少了，反之亦然。这确保了相对于中心风筝连接点23调整迎角。很明显的是，该图仅仅是作为如何可以利用后绳索和前绳索来形成系绳系统以控制迎角的一个示例来提供的。第一距离21和第二距离22之间一比一的比率也是一个选项，这会免除通过滑轮来实现围绕中心风筝连接点23的旋转的必要性。

基于以上描述，技术人员应当认识到的是，可以以不同的方式和基于不同的原理来实施本发明。本发明并不限于上述实施例。上述实施例和附图纯粹是说明性的，并且仅用于增加对本发明的理解。因此，本发明不限于本文所述的实施例，而是在权利要求书中定义。

Claims (16)

1.一种动力风筝和系绳系统，所述系绳系统适于将所述动力风筝连接到控制箱，所述动力风筝具有前缘和后缘，所述系绳系统包括多根动力绳索和至少两根转向绳索，所述转向绳索连接到包括所述动力风筝的翼尖的区域，使得所述动力风筝的转向角能够通过平衡所述转向绳索来控制，其中所述多根动力绳索包括连接到所述动力风筝的后区域的后绳索，所述后区域包括所述后缘的中心部分，使得所述动力风筝的迎角能够通过拉动和释放所述后绳索来控制。

2.根据前述权利要求所述的动力风筝和系绳系统，其中所述多根动力绳索包括连接到所述动力风筝的前区域的前绳索，所述前区域包括所述前缘的中心部分，使得所述动力风筝的迎角能够通过平衡所述前绳索和所述后绳索来控制。

3.根据前述权利要求中任一项所述的动力风筝和系绳系统，其中所述多根动力绳索还包括连接到所述风筝的中心区域的至少一根中心动力绳索，所述中心区域位于距所述前缘一定距离处和距所述后缘一定距离处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的动力风筝和系绳系统，其中所述风筝是具有加强结构的单层蒙皮风筝。

5.根据前述权利要求所述的动力风筝和系绳系统，其中所述加强结构包括可充气前缘和可选地包括在所述前缘和所述后缘之间延伸的至少一个可充气支柱。

6.根据前述权利要求中任一项所述的动力风筝和系绳系统，其中所述系绳系统包括所述转向绳索和所述后绳索之间的连接件，使得拉动和释放所述后绳索会导致所述转向绳索同时被拉动和释放。

7.根据前述权利要求所述的动力风筝和系绳系统，其中所述连接件经由滑轮来实现。

8.根据前述权利要求中任一项所述的动力风筝和系绳系统，其中所述多根动力绳索中的至少一根动力绳索包括在不同位置处连接到所述动力风筝的多条分支，用于横向分散由所述系绳系统引入到所述动力风筝的力。

9.一种用于空中风能系统的受风构件，所述受风构件包括连接到根据前述权利要求中任一项所述的动力风筝和系绳系统的控制箱。

10.根据前述权利要求所述的受风构件，其中所述控制箱包括至少一个转向马达，所述至少一个转向马达用于拉动和释放所述转向绳索来控制所述动力风筝的转向角，并且包括至少一个迎角马达，所述至少一个迎角马达用于拉动和释放所述后绳索来控制所述动力风筝的迎角。

11.根据前述权利要求所述的受风构件，其中所述控制箱包括转向轴，所述转向轴包括用于所述转向绳索的绳盘，并且所述用于所述转向绳索的绳盘以使得所述转向轴在一个方向上的旋转会导致所述转向绳索中的一根转向绳索被释放并且所述转向绳索中的另一根转向绳索被同时拉动的方式连接到所述系绳系统，从而获得所述转向绳索的平衡，所述转向轴由所述转向马达驱动。

12.根据前述权利要求10和11中任一项所述的受风构件，其中所述控制箱包括迎角轴，所述迎角轴包括用于所述后绳索的绳盘，并且所述用于所述后绳索的绳盘以使得所述迎角轴在一个方向上的旋转会导致所述后绳索被释放的方式连接到所述系绳系统，所述迎角轴由所述迎角马达驱动。

13.根据前述权利要求和权利要求2所述的受风构件，其中所述用于所述后绳索的绳盘还适于以使得所述迎角轴在一个方向上的旋转会导致所述前绳索被释放并且所述后绳索被同时拉动的方式卷绕所述前绳索，从而获得所述前绳索和所述后绳索的平衡。

14.一种风能采集系统，包括具有绞盘系统的地面站，所述系统还包括根据权利要求7至10中任一项所述的受风构件。

15.一种用于控制动力风筝的方法，所述动力风筝具有前缘和后缘，所述动力风筝经由包括多根动力绳索和至少两根转向绳索的系绳系统连接，所述转向绳索连接到包括所述动力风筝的翼尖的区域，其中所述多根动力绳索包括连接到所述动力风筝的后区域的后绳索，所述后区域包括所述后缘的中心部分，所述方法包括：

-通过平衡所述转向绳索来控制所述动力风筝的转向角；以及

-通过拉动和释放所述后绳索来控制所述动力风筝的迎角。

16.根据前述权利要求所述的方法，其中所述控制所述动力风筝的迎角的步骤还包括在拉动和释放所述后绳索时同时拉动和释放所述转向绳索。

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